«Повышение точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станций»

Вид материала

Содержание

Засецкий Владимир Георгиевич
Перевезенцев Виктор Тимофеевич
Курганова И.Н.
Защищаемые положения
Содержание работы
Основные результаты и выводы
Основные положения диссертационных исследований опубликованы в следующих печатных работах

Подобный материал:

На правах рукописи

ФОКИН АНДРЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

«Повышение точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станций»

Специальность: 25.00.19 - «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ».

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ»

Научный руководитель: доктор технических наук

Засецкий Владимир Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Лопатин Алексей Сергеевич

кандидат технических наук

Перевезенцев Виктор Тимофеевич

Ведущая организация: ОАО «БЗМТО» Брянский завод металлических конструкций и технологической оснастки.

Защита состоится 31 октября 2007 г. в 12 часов 30 мин.

на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская обл., Ленинский район, пос. Развилка, ООО «ВНИИГАЗ».

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан «___» ___________2007г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Курганова И.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования.

1.Точность измерения расхода газа , особенно в условиях динамического возмущения потока газа на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станций имеет важное значение для повышения эффективной эксплуатации магистральных газопроводов. Пульсации давления, обусловленные в основном неравномерностью подачи нагнетателей, неустойчивостью работы агрегатов, срывными явлениями на них приводят к возникновению дополнительной погрешности, величина которой в зависимости от степени колебательности процесса может достигать 0,5….3,5%.

Появление ошибки из-за пульсаций давления опасно тем, что она не поддается учету при применении промышленно выпускаемых измерительных средств и часто приводит к взаимным притязаниям поставщиков и потребителей природного газа. Поэтому в условиях дефицита энергоносителей и повышения требований к точности их учета актуальной задачей является снижение дополнительной погрешности измерения расхода газа. Снижение колебаний давления в напорных газовых магистралях применением специальных гасителей затруднено тем, что они имеют большие габариты и массу. Для повышения точности измерения расхода пульсирующего потока газа необходимо создание устройств, обеспечивающих коррекцию показаний диафрагменных расходомеров. Однако разработка и внедрение корректирующих устройств не могут быть выполнены без проверки их эффективности на специальном стендовом оборудовании. Такое оборудование необходимо также для оценки влияния пульсаций давления на погрешность и других типов расходомеров, например вихревых. Используемые на практике стенды не удовлетворяют в полной мере предъявляемым к ним требованиям в части прецизионного задания статических параметров (давления, перепада давления), формирования акустических граничных условий, реализация заданного режима пульсирующего потока газа. Поэтому экспериментально-теоретическое обоснование методов повышения точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока газа на газораспределительных и газоизмерительных станциях является актуальной темой исследования.

Целью диссертационной работы является экспериментально-теоретическое обоснование методов повышения точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станциях.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи исследований:

1. Разработка математической модели для исследования точностных характеристик и дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров при динамических возмущениях потока газа в процессе эксплуатации.

2. Создание экспериментального оборудования и методов исследования точностных характеристик расходомеров в условиях пульсирующего потока газа, а также исследование дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров из-за пульсаций давления и на этой основе разработка мероприятий по повышению точности измерения расхода газа.

3. Разработка алгоритма и программы расчета стендового генератора для моделирования пульсаций потока газа.

4. Разработка математической модели, алгоритма и программы расчета статических характеристик нелинейных измерительных цепей диафрагменных расходомеров с учетом пульсаций давления на входе.

5. Создание методики теоретической и экспериментальной оценки погрешности диафрагменных расходомеров в условиях пульсирующего потока газа и реализация этой методики на разработанном стендовом оборудовании.

6. Разработка мерноприятий по повышению точности измерения пульсирующего расхода газа диафрагменными расходомерами.

Научная новизна работы.

- Создана математическая модель исследования характеристик диафрагменных расходомеров в условиях пульсирующего потока газа и обоснована структурная схема экспериментального стенда для ее реализации.

- Обоснована методика расчета пульсационных характеристик потока газа во временной и частотной областях спектра для моделирования реальных условий работы диафрагменных расходомеров.

- Разработаны методики определения погрешности измерения расхода газа на газораспределительных и газоизмерительных станциях с использованием созданного стендового оборудования и измерительно-обрабатывающего комплекса, которые повысят достоверность информации об учете транспортируемого газа.

Защищаемые положения

1.Математическая модель и структурная схема экспериментального стенда для исследования точностных характеристик и дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров при динамических возмущениях потока газа в процессе эксплуатации.

2. Методика расчета пульсационных характеристик потока во временной и частотной областях пульсаций для моделирования реальных условий работы диафрагменных расходомеров на газораспределительных и газоизмерительных станциях с обеспечением прецизионного задания среднего давления, перепада давления на расходомере, коррекции спектра пульсаций при помощи резонаторов и согласующих дросселей.

3.Методика дифференциальной оценки погрешности диафрагменных расходомеров и ее составляющих, позволяющие оценивать их величины, а также рассчитывать колебания давления в характерных сечениях цепи, включая перепад давления на диафрагме, в стендовых условиях.

Практическая ценность работы

На основе результатов проведенных исследований:

1.Разработан пакет программ расчета пульсационных характеристик стендовых магистралей, который позволяет выбирать параметры узлов и магистралей стендового оборудования, при которых реализуется требуемый режим пульсаций давления.

2.Составлена схема программной коррекции показаний диафрагменных расходомеров по измеренному динамическому перепаду на диафрагме и математической модели газовой измерительной цепи.

3.Разработанны мероприятия, основанные на измерении динамического перепада давления на мерной диафрагме и на основе этих данных программная коррекция показаний расходомеров, которые позволятют повысить точность измерения расхода пульсирующего потока газа.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на научно- технических конференциях, включая:

-- 6-ю Научно-техническую конференцию, посвященную 75-летию Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», г. Москва, 26-27 января 2005г.;

-- 1-ю Научно-техническую конференцию, в рамках ХIV Конкурса молодежных разработок среди предприятий и организаций топливно-энергетического комплекса в 2005 году «ТЭК-2005».

-- 14-ю Научно-практическую конференцию молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности западной Сибири» г. Тюмень, 25-28 апреля 2006г.;

-- 2-ю Научно-практическую конференцию молодых ученых и специалистов «Инновационный потенциал молодых специалистов, как залог динамичного развития газовой промышленности» г. Москва, 28 сентября 2006 г.

-- 7-ю Научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Российский университет нефти и газа им. И.М.Губкина г. Москва, 29-30 января 2007г.

-- 7-ю Научно-техническую конференцию «Новые технологии в газовой промышленности», Российский университет нефти и газа им. И.М.Губкина г. Москва, 25-28 сентября 2007г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в т. ч.1 в издании входящем в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий» ВАК РФ.

Структура и состав работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Материал изложен на 187 страницах, включающих 93 рисунка, 15 таблиц и библиографию из 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, дается краткая характеристика диссертационной работы. Определены цели и задачи исследований,отражена научная новизна,практическая значимость результатов работы .

Первая глава посвящена обзорному анализу исследований влияния пульсаций давления на характеристику расходомеров, приведены схемы применяемых экспериментальных установок для исследования расходомеров в условиях пульсирующего потока газа, определены требования к стендовому оборудованию.

Теоретическим и экспериментальным исследованиям газовых диафрагменных расходомеров при наличии колебаний давления посвящено большое количество публикаций. Авторы, оценивая влияние пульсаций на погрешность измерения расхода, стремятся к расчленению ее на составляющие.

Основными источниками возникновения этой погрешности являются: нелинейное осреднение пульсаций перепада давления газа на сужающем устройстве, нелинейное осреднение пульсаций перепада давления в импульсных трубках, несоответствие коэффициента расхода сужающего устройства на установившемся режиме и при наличии пульсаций давления.

В работах Никифорова А.Н., Федорова А.В., Фафурина А.В., Гаптрахманова Р.Р., Сливы Е.С., зарубежных ученых Кобзы З., Grimpson J., Jeffery B.J., Torigoe Ippegi, Santo Taro, в отчетах Международной организации по стандартизации приведены результаты исследований погрешности измерения расхода газа, вызванной нелинейным осреднением пульсаций перепада давления на сужающем устройстве. Дана аппроксимирующая эмпирическая зависимость, связывающая погрешность измерения расхода газа с относительным действующим значением пульсаций перепада давления. Однако при этом не установлены границы применения этой зависимости для различных сочетаний фаз и гармоник полигармонического процесса. Результаты этих исследований зачастую неоднозначны, что связано, в основном, с несовершенством экспериментального оборудования.

Исследованиям однониточных пневмогидравлических измерительных цепей посвящены работы Шорина В.П., Гимадиева А.Г., Берестнева Г.И., в которых определены погрешности измерения среднего давления при наличии пульсаций рабочей среды, сформулированы требования к гасителям колебаний.

В работах Шумиловского Н.Н., Гаптрахманова Р.Р. и Фафурина А.В., Grimpson J., Hay N., Sauer H.J., Earies W.E., Zarek J.M. описаны установки, включающие источники сжатого газа, пульсатор, участки трубопроводов с испытуемым и контрольным расходомерами, гасители колебаний. Общим для многих установок является то, что один и тот же газ проходит через участок с пульсациями-с испытуемым расходомером и без пульсаций – с контрольным расходомером. Оценка влияния пульсаций давления на погрешность расходомера ведется по сравнению показаний испытуемого и контрольного расходомеров. Основными недостатками существующего стендового оборудования является то, что в них нельзя реализовать условия, близкие по режимным параметрам к реальным условиям эксплуатации расходомеров, не задаются акустические граничные условия на участке с испытуемым расходомером, обеспечивающие равномерную по частоте амплитуду колебаний давления, не выдерживаются постоянными средние составляющие пульсирующего давления и перепад давления на диафрагме.

На основании проведенного анализа сформулированы требования к стендовому оборудованию, в котором на участке трубопровода с исследуемым расходомером должен реализовываться колебательный процесс со следующими параметрами: частота основной составляющей колебаний давления до 200Гц; относительная амплитуда основной составляющей колебаний давления на входе в расходомер и на его выходе до 5%; относительная амплитуда основной составляющей колебаний перепада давления на диафрагме до 50%; относительные амплитуды высших гармоник (по отношению к основной составляющей) не превышают 0,2…0,25.

Во второй главе на основе проведенного анализа стендового оборудования с учетом предъявляемых требований предложена функциональная схема стенда (рис.1), в которую входят источник сжатого газа, участок с испытуемым расходомером и генератором колебаний, блоки формирования граничных условий, контрольный расходомер, система управления регулирующими органами, система измерения статических и динамических параметров. Построение структурной схемы стенда (рис.2) базируется на принципе сравнения показаний установленных последовательно испытуемого расходомера в условиях пульсирующего потока газа и контрольного расходомера без пульсаций. В отличие от известных решений в схему дополнительно включены действующие раздельно задатчики среднего перепада давления на расходомере, среднего давления на его входе и устройства коррекции формы пульсаций. Для возбуждения колебаний выбран генератор сиренного типа. Так как требованиями к стендовому оборудованию жестко не регламентировано получение синусоидальной формы сигнала, в качестве прерывающего элемента генератора предложено использовать диск, помещенный в цилиндрический корпус.

Рис.2. Принципиальная схема экспериментальной установки.

Подача газа, со стороны испытуемого расходомера (а) и контрольного (б): 1 – источник сжатого воздуха; 2 – ресивер; 3 – воздушный генератор; 4, 5 – дроссели; 6 – корректирующее устройство с дросселем; 7, 8 – испытуемый расходомер; 9 – задатчик перепада давления на испытуемом объекте; 10 – корректирующий дроссель; 11 – гаситель колебаний давления; 12 - контрольный расходомер; 13, 15 – дроссели; 14 – емкость.

Особенностью стендовых магистралей является то, что длины трубопроводов участка с испытуемым расходомером должны выбираться исходя из минимально допустимых длин прямых участков до и после сужающих устройств, определяемых ГОСТ. Однако длины этих трубопроводов имеют важное значение для формирования пульсационной картины на испытуемом расходомере. Кроме того, вследствие влияния отраженных волн в магистралях стенда могут наблюдаться усиления и ослабления колебаний давления. Для устранения этого недостатка предлагается для каждого трубопровода подбирать параметры корректирующего дросселя (16, рис.2) на входе в емкость (11)таким образом, что ее волновое сопротивление близко к волновому сопротивлению трубопровода.

Для выбора параметров основных элементов стенда в соответствии с требованиями на реализацию колебательного процесса в зоне испытуемого расходомера разработана математическая модель экспериментальной установки. Модель базируется на принципиальной ( рис.2) и расчетной схемах, на принятии определенных упрощающих допущений и уравнениях газовой динамики. Для описания неустановившегося движения газа в трубопроводах использованы уравнения газового потока с учетом потерь на трение, выведенные Чарным И.А. Уравнения для трубопроводов в частных производных преобразуются к конечно-разностным алгебраическим уравнениям. При описании дросселей использованы уравнения движения газа для докритического и сверхкритического режимов. Генератор колебаний представлен как дроссель переменного сечения, коэффициент расхода и площадь проходного сечения которого является функциями угла поворота прерывающего диска. Система уравнений решается методом итераций до тех пор, пока суммарная относительная разность двух последовательных приближений по расходу, давлению и плотности не станет меньше наперед заданной величины. Для задания начальных значений параметров предварительно решается система алгебраических уравнений элементов стендовой системы.

На основе рассчитанных интегральных характеристик стенда осуществляется выбор параметров основных узлов, при которых на участке с испытуемым расходомером реализуется заданный пульсационный режим.

Диаметр трубопровода основной магистрали ограничен сверху возможностями нагнетателя по созданию максимального расхода газа, снизу – влиянием подключения измерительной цепи расходомера на колебательный процесс в газопроводе. Предложено использовать наименьший из диаметров трубопроводов, широко применяемых в газовой промышленности D=50 мм. Давление на входе в стенд задано 3

15 МПа, в стендовых магистралях - 0,5

3 МПа, воздух на выходе стенда направляется в атмосферу.

Диаметр диска генератора d выбирается из условия обеспечения заданной амплитуды колебаний давления (перепада давления) на испытуемом расходомере. Заданный диапазон регулирования амплитуды колебаний давления реализуется при диаметре прерывающего диска генератора 30 мм. Для обеспечения плавного регулирования основной составляющей колебаний давления предусмотрен байпасный дроссель генератора с максимальным диаметром проходного сечения 50 мм.

На основе теоретических исследований определены эффективность применения и параметры корректирующих устройств в виде трубопровода – резонатора переменной длины на входе в испытуемый расходомер и корректирующего дросселя на выходе расходомера.

Третья глава посвящена методам экспериментального определения и теоретическому исследованию влияния пульсаций давления на погрешность диафрагменных расходомеров. Разработана математическая модель измерительной цепи (рис.3), на основе которой созданы алгоритм и программа расчета, позволяющая определить дополнительную погрешность диафрагменных расходомеров. Погрешность расходомера, обусловленная нелинейным осреднением колебаний давления в измерительной цепи, определяется точностью передачи на чувствительный элемент сигнала постоянной составляющей пульсирующего перепада давления на диафрагме. При расчете погрешности расходомера, обусловленной нелинейным осреднением пульсирующего перепада давления на элементах измерительной цепи, принимается допущение о том, что полости измерительного трубопровода на входе в диафрагму и на ее выходе являются независимыми источниками полигармонических колебаний давления. Характер изменения давления на входах в газовую измерительную цепь определяется из решения системы уравнений, описывающих движение газа в стендовых магистралях или газопроводе со стандартной диафрагмой.

При расчете характеристик измерительной цепи, когда источником колебаний давления является участок на входе в диафрагму, участок на ее

Рис. 3. Расчетная схема газоизмерительного пункта с однониточным газопроводом.

:1, 2 – трубопроводы основной газовой магистрали; 3, 4, 5, 6 – трубопроводы импульсных линий; 7 – гасители колебаний давления; 8, 9 – местные сопротивления на входе в камеры угловых отборов; 10 – чувствительный элемент (мембрана сравнения); 11, 12 – полости камер угловых отборов; 13, 14 – местные сопротивления на входе в импульсные линии; 15, 16 – местные сопротивлении на входе в дифференциальный датчик перепада давления; 17 – электромеханический преобразователь перепада давления; 18 – стандартная диафрагма; И – источник; П – потребитель.

выходе принимается как узел с нулевым акустическим импедансом, и наоборот. При этом допущении расчет колебательного процесса в измерительной цепи ведется импедансным методом: суммированием гармоник колебаний давления и расхода в каждом из выделенных сечений, полученных в результате расчета от каждого источника колебаний. Порядок расчета таков, что вначале определяется входной акустический импеданс измерительной цепи в сечении, содержащем местное сопротивление (дроссель) углового отбора. Для этого последовательно, шаг за шагом, находятся входные импедансы цепи, начиная от углового отбора на выходе из диафрагмы до входа в дроссель углового отбора на входе в диафрагму. Затем сложив комплексные амплитуды составляющих колебаний давления и расхода во всех сечениях, определенных при возмущениях со стороны полости на входе в диафрагму и на ее выходе, находятся суммарные значения параметров, которые далее используются при определении функций смещения и коэффициентов линеаризации нелинейных элементов.

Таким образом, в результате расчета определяются постоянные составляющие перепада давления на каждом из местных сопротивлений, суммируя которые получаем постоянную составляющую перепада давления, обусловленную нелинейным осреднением колебаний давления в элементах измерительной цепи.

Если расход газа определяется по среднему интегральному значению пульсирующего перепада давления на диафрагме, то суммарная погрешность из-за пульсаций будет определяться выражением:

(1)

Где

– относительное приращение перепада давления на диафрагме из–за нелинейного осреднения пульсаций на диафрагме и несоответствия коэффициента расхода диафрагмы при установившемся и неустановившемся режимах;

– относительное приращение перепада давления на диафрагме, обусловленное нелинейным осреднением его колебаний в измерительной цепи. Для экспериментального исследования дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров, обусловленной нелинейным осреднением пульсаций давления , предложен ряд схем в зависимости от определяемой составляющей суммарной погрешности расходомера:

dG_нк = dG_н+ dG_к,(2)

dG_нк =dG_ук+dG_и+ dG_д +dG_п. (3)

Где dG_н, dG_к,dG_ук,dG_и, dG_д ,dG_{п ,} - погрешности, обусловленные нелинейным осреднением пульсаций давления на диафрагме, несоответствием коэффициента расхода сужающего устройства при установившемся и пульсирующем потоке газа; из-за нелинейного осреднения пульсаций давления в камерах угловых отборов, в импульсных линиях, на датчике перепада давления и во вторичном приборе. Для определения каждой из составляющих погрешности предлагается схема и методика ее определения на созданном экспериментальном оборудовании.

Например, погрешность, обусловленная нелинейным осреднением колебаний перепада давления на стандартной диафрагме и погрешность вызванная несоответствием коэффициента расхода при установившемся и неустановившемся режимах, находятся по сравнению показаний включенных последовательно расходомеров пульсирующего и сглаженного потоков газа (рис.4).

Рис.4. Пневматическая схема определения погрешности dG_к, обусловленной нелинейным осреднением колебаний перепада давления на диафрагме.

1 – диафрагма исследуемого расходомера; 2 – диафрагма контрольного расходомера; 3 – импульсные трубопроводы малого диаметра; 4 – чувствительный элемент (датчик перепада давления); 5 – вторичный прибор расходомера; ГСК – гаситель колебаний давления; 4АНЧ–22 – тензостанция; АЦП – аналого–цифровой преобразователь.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям пульсационных характеристик стендового оборудования, погрешности диафрагменных расходомеров в условиях пульсирующего потока газа, мероприятиям по повышению точности измерения расхода пульсирующего потока газа.

Реализованы выбранные параметры узлов и магистралей стенда, при которых достигнуты относительные уровни колебаний (эффективное значение) давления за генератором 0,01…0,1, перепада давления на испытуемой диафрагме 0,1….0,6. Величины высших гармоник не превышают 25%. Частота колебаний регулировалась от 5 до 200Гц. Определена эффективность корректирующего устройства в виде трубопровода – резонатора переменной

длины, позволяющего на резонансной частоте регулировать амплитуду колебаний давления на входе в испытуемый расходомер от 0,05 до 0,25 по эффективному значению (рис.5)потока газа.


+ +		1	+ 2 + + + + + + + 2 + + + + + + + 2 + + + + + +	+ 2 + + + + + +
	+ 2 + + + + + +	+ 2 + + + + + +	+ 2 + + + + + + + 2 + + + + + +	+

K_кор

+

+

1

20 40 60 80 f, Гц

Рис 5.Коэффициент коррекции ,определенный по экспериментальным данным (1) и теоретически(2) при длине корректирующего трубопровода 4м.

На рис.5 Коэффициент коррекции

- отношение относительной амплитуды колебаний давления перед испытуемым расходомером с включенным корректирующим трубопроводом к относительной амплитуде колебаний при отключенном корректирующем трубопроводе. Экспериментальные исследования показали, что разработанная методика расчета характеристик стендовых магистралей и созданное программное обеспечение позволяют рассчитывать пульсационные характеристики стендовых магистралей с достаточно высокой степенью точности. Экспериментальное определение составляющих дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров, обусловленных пульсациями давления, выполнено по предложенным в главе 3 методикам. Квадратичная погрешность измерения расхода газа, обусловленная нелинейным осреднением колебаний перепада давления на диафрагме, рассчитана по показаниям датчиков динамического перепада давления. Как показали проведенные эксперименты, применение аппроксимирующей формулы, предложенной ГОСТ для учета этой погрешности, вполне оправдано.

Погрешность, обусловленная несоответствием коэффициента расхода диафрагмы при установившемся и неустановившемся режимах, определенная по предложенной методике при относительном действующем значении колебаний перепада до 0,3, слабо зависит от частоты и не превышает погрешности измерения и обработки сигналов. В соответствии с ГОСТ 8.563.2-97 рекомендуется при измерении пульсирующего оттока газа диафрагменными расходомерами использовать бескамерный отбор давления. Однако как показали экспериментальные исследования, погрешность такой схемы из-за нелинейного осреднения колебаний давления в измерительной цепи при относительной амплитуде колебаний перепада давления на диафрагме 0,5 может превысить рассчитанную по формуле ISO в 1,5раза (рис.6,).



	1


2		3

δG, %

10

8

6

4

2

0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ∆Р_эф/ ∆Р_ср

Рис. 6. Экспериментальная зависимость суммарной дополнительной погрешности, обусловленной пульсациями перепада давления от

относительной амплитуды колебаний перепада давления на диафрагме (1), аппроксимирующий полином (2) и эмпирическая – по формуле ISO (3) при подключении датчика импульсными трубками длиной 1 м и диаметром 4 мм с угловым бескамерным отбором в частотном диапазоне 15….30Гц.

Для оценки точности измерения расхода газа на замерных узлах газораспределительных станций (ГРС) с повышенным уровнем пульсаций давления газа предлагается следующая методика: первоначально выполняются замеры пульсационной картины на замерных узлах, используя информационно -измерительную систему с высокими метрологическими характеристиками; производится обработка данных, определяются спектральные и амплитудные характеристики колебаний давления на входе в диафрагму; перепада давления на диафрагме; штатный измерительный комплект, включающий импульсные трубки, датчик и вторичный прибор переносится на стенд. Параметры диафрагмы подбираются исходя из соответствия ее относительного диаметра

используемой на ГРС диафрагме.

Полученная на ГРС картина пульсаций давления газа реализуется на стенде по амплитуде и частоте основной гармоники колебаний, соблюдая условие равенства эффективных значений колебаний перепада давления газа на диафрагме. По результатам испытаний оценивается дополнительная погрешность измерительного комплекта, вызванная пульсациями давления.

Для повышения точности измерения расхода пульсирующего потока газа предлагается способ коррекции показаний расходомеров с помощью аппаратных и программных средств (рис.7).

Рис.7.Структурная схема устройства коррекции диафрагменного расходомера. 1 – диафрагма; 2, 3 – датчики динамического перепада давления; 4 – датчик среднего давления; 5 – датчик температуры; 6 – датчик среднего перепада давления; 7 – аналого–цифровой преобразователь; 8 – флэш–память; 9 – процессор; 10– канал связи; 11 – компьютер.

В газопроводе устанавливаются датчики динамического давления на входе и выходе диафрагмы 2 и 3, сигналы с выхода которых поступают на усилитель и АЦП 7. Процессор 9 обрабатывает полученные с датчиков динамического давления сигналы с учетом характеристик измерительной цепи. По программе, записанной во флэш-памяти, вычисляется дополнительная погрешность из-за пульсаций давления и, соответственно, корректирующая поправка в показание расходомера.Скорректированные результаты измерения используются при учете транспортируемого газа и могут храниться в дальнейшем на компьютере 11.

Применение предложенных мероприятий ,основанных на измерении динамического перепада давления на мерной диафрагме и на основе этих данных программной коррекции показаний расходомеров позволит повысить точность измерения расхода пульсирующего потока газа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана схема, математическая модель, алгоритм и программа расчета пульсационных характеристик стендового оборудования для исследования точностных характеристик газовых расходомеров, включающего помимо генератора, прецизионные задатчики среднего давления на входе в испытуемый расходомер и перепада давления на нем, устройства коррекции формы сигнала в виде резонансной трубы и корректирующей шайбы, обеспечивающей равномерные по частоте амплитуды колебаний давления на участке с испытуемым расходомером.

2. На основе разработанных методов расчета пульсационных характеристик и выбора параметров узлов стенда создано экспериментальное оборудование, измерительно-обрабатывающий комплекс (датчики, аппаратура и программное обеспечение),что позволило выполнить исследования определения погрешности газовых расходомеров.

3. Разработаны методы экспериментального определения погрешности диафрагменного расходомера, обусловленные нелинейным осреднением пульсаций давления на нелинейных элементах измерительной цепи.

4. Обоснована математическая модель, разработана методика и программа расчета частотных характеристик газовой цепи со стандартной диафрагмой, нагнетателем и потребителем газа, позволяющие оценивать дополнительную (квадратичную) погрешность расходомера, обусловленную нелинейным осреднением перепада давления.

5. Разработаны математическая модель и методика расчета погрешности газовой измерительной цепи диафрагменного расходомера, включающей камеры углового отбора, соединительные импульсные линии, гаситель колебаний давления, рабочие полости измерительных приборов и разделительную мембрану.

6. Создано устройство коррекции показаний диафрагменного расходомера в условиях пульсирующего потока газа, основанное на измерении динамического перепада давления на диафрагме и коррекции показаний по результатам расчета дополнительной погрешности с использованием программных и аппаратных средств.

Основные положения диссертационных исследований опубликованы в следующих печатных работах:

1. Фокин А.Е. Сравнительный анализ работы типовых схем ГРС и типов их редуцирующих систем //Тез. докл. Шестой Научно-технической конференции, посвященной 75-летию Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», г. Москва, 26-27 января 2005г. РГУ нефти и газа.

2. Фокин А.Е. Повышение надежности работы замерных узлов типовых газораспределительных станций, оборудованных турбинными счетчиками газа.// Тез. доклада Научно технической конференции в рамках конкурса молодежных разработок среди предприятий и организаций топливно-энергетического комплекса в 2005 году «ТЭК 2005».

3. Фокин А.Е. Совершенствование системы измерения расхода пульсирующих потоков газа на ГРС и ГИС //Тез. докл. 14-той Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности западной Сибири» г. Тюмень, 25-28 апреля 2006г.; ТюменьНИИгипрогаз.

4. Фокин А.Е. Разработка информационно-измерительной системы измерения расхода пульсирующих газовых потоков// Тез. докл. Второй Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновационный потенциал молодых специалистов, как залог динамичного развития газовой промышленности» г. Москва 28 сентября, 2006 г. ЗАО «Ямалгазинвест»

5. Фокин А.Е. Оценка точности определения расхода газа на ГРС и ГИС //Тез. докл. Седьмой Научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» университет нефти и газа им. И.М.Губкина г. Москва, 29-30 января 2007г.

6. Фокин А.Е. Рекомендации по повышению точности измерения расхода газа в условиях пульсирующего движения на замерных узлах газораспределительных станций. //Тез. доклада Седьмой научно-технической конференции «Новые технологии в газовой промышленности» университет нефти и газа им. И.М.Губкина г. Москва, 25-28 сентября 2007г.

7. Фокин А.Е., Засецкий В.Г. Разработка информационно-измерительной системы измерения расхода пульсирующих газовых потоков. //Естественные и технические науки.- 2006 .- № 6.- С. 197-198.

8. Фокин А.Е., Засецкий В.Г. Совершенствование системы измерения расхода пульсирующих потоков газа на газораспределительных и газоизмерительных станциях. // Актуальные проблемы современной науки.-2007 .- №1.- С. 201-203.

9. Фокин А.Е., Засецкий В.Г. Измерение расхода газа на газораспределительных и газоизмерительных станциях.//Газовая промышленность.- 2007.- №2.- С.79-81.

Подписано к печати «___» ______________________2007г.

Заказ № ____________

Тираж 100 экз.

1уч.-изд.Лист.формат 60 х 84/16

Отпечатано на ротапринте ООО «ВНИИГАЗ»

по адресу 142717,Московская область,

Ленинский р-н,п.Развилка,ООО «ВНИИГАЗ»

Blog

«Повышение точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станций»

Содержание

Защищаемые положения